专利名称：复合式驻极体的制作方法
技术领域：
本发明有关一种驻极体，特别是有关于一种采用二种以上高分子材料的复合式驻 极体。
背景技术：
驻极体可以存放单一种电荷，在作为电子组件时，其可供阻绝直流、耦合交流、储 存能量、耦合电路、储电放电等用途。而用在驻极体中储存电荷的介电材料可阻止直流电流 动，允许限量的交流电通过。介电材料一般包含有陶瓷粉体及高分子环氧树脂两种，前者虽 然具有高介电常数，然而单纯以陶瓷作为材料太过脆弱，不利于加工。而高分子材料虽具有 柔软性的优点，然其介电常数太低，因此市面上电容器的介电材料多以高分子与陶瓷的复 合材料为发展趋势。现阶段技术发展的趋势而言，介电材料多以高分子环氧树脂与钛酸钡 两者混掺而成，但由于钛酸钡的偶极排列不规则，会使得电偶极偏极化的效应而被抵销。因此，如何制备具有高效能的复合式驻极体，是目前业界极欲改善的问题。
发明内容
为解决现有技术的缺失，本发明提供了一种复合式驻极体，包含有至少一第一介 电层以及至少一第二介电层，其中第一介电层与第二介电层为相互交错堆栈，第一介电层 具有高分子，第二介电层具有高分子，且第一介电层的高分子与第二介电层的高分子不相 同。因此，本发明的主要目的是提供一种复合式驻极体，因采用相互交错堆栈的复合 材料，因此具有较佳的电场效应与电容效率，适宜作为电容器的材料。
图1为本发明提出的较佳实施例复合式驻极体的示意图。图2为本发明提出的较佳实施例复合式驻极体的剖面示意图。图3为本发明提出的较佳实施例复合式驻极体的另一剖面示意图。图4为本发明实验例中膜片样本不同时间的表面电位及表面电位维持率的曲线 图。主要组件符号说明1复合式驻极体11第一介电层12第二介电层13孔隙结构XX轴YY轴ZZ轴
AA 剖面联线
具体实施例方式由于本发明公开了一种复合式驻极体，其中所利用的电学原理与材料制程技术， 已为本领域普通技术人员所能明了，故以下文中的说明，不再作完整描述。同时，以下文中 所对照的附图，意在表达了与本发明特征有关的结构，并未亦不需要依据实际尺寸完整绘 制，在先声明。本发明提供第一较佳实施例，请参照图1与图2，为一种复合式驻极体。复合式驻 极体1包含有至少一个第一介电层11与一个第二介电层12，而且第一介电层11与第二介 电层12是互相互交错堆栈(alternately stacking)。其中第一介电层11具有至少一种 高分子，第二介电层具有至少一种高分子，且第一介电层11的高分子与第二介电层12的高 分子，两者为不相同的高分子。更进一步地说，第一介电层11的高分子与第二介电层12的 高分子两者间为互不相容的高分子，亦即，第一介电层11与第二介电层12的高分子的溶解 度参数(solubility parameter)或极性(polarity)，两者的数值不相同；此外，也可以利 用两种具有不同的弹性系数(elasticity modulus)或玻璃转化温度(glass transition temperature)的高分子来分别做为第一介电层11的高分子与第二介电层12的高分子；第 一介电层11的高分子的弹性系数与第二介电层12的高分子弹性系数比值则以1至6之间 为佳。更进一步地说，在制作过程中，第一介电层11的高分子与第二介电层12的高分子， 两者不会发生互容(not compatible)的情况，以利在第一介电层11与第二介电层12之间 产生良好的界面接口。前述第一介电层11与第二介电层12相互“交错堆栈”的方式，可以 是在X、Y、Z轴中任一轴上、任两轴上，或是三轴上均有形成相互交错堆栈结构。举例来说， 请参考图2，图2为图1中沿AA联线的剖面示意图。复合式驻极体1复合式介电层1在Z 轴上形成有相互交错堆栈结构。而在制作上，第一介电层11与第二介电层12则可以(但 不限于)将其组成的聚合物以掺混法(Blending)、迭层(Lamination)、涂布(Coating)或 是直接利用押出成型(Extrusion)的方式制作而得。另外，第一介电层11与第二介电层个 别的厚度则以小于500纳米(nm)的驻电效果为佳，其中又以小于200纳米为更佳。此外，复合式驻极体1可以进一步具有孔隙结构13，请参考图3。如图所示，孔隙 结构13可以是产生在第一介电层11内、第二介电层12内，或是在第一介电层11以及第二 介电层12之间，且孔隙的个数也不只一个亦可为多个，且孔隙形状并非局限于图3所示，可 为各种形状的孔隙。第一介电层11与第二介电层12的高分子，均可以是结晶性高分子、非结晶性高分 子，或者是由结晶性高分子与非结晶性高分子所组成的高分子掺合体(polymer blends) 0 而结晶性高分子可以是烯烃聚合物(Polyolefin)、尼龙(Nylon)，或聚酯(Polyester)； 非结晶性高分子可以是环烯烃共聚物(cyclic olefin copolymer)、脂环族烯烃聚合物 (cycloalkyl olefin copolymer)、芳香方矣烯烃聚合物(aromatic olefin copolymer)、聚 碳酸酉旨(polycarbonate)、聚甲基丙烯酸甲酉旨(poly methyl methacrylate, PMMA)、乙二醇 改性-聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephathalate Glycol，PETG，其中环己二 醇< 50% ),或是乙二醇改性 PCT 聚酯(Polycyclohexylenedimethylene Terephthalate Glycol, PCTG，其中环己二醇> 50% )。此外，所采用的结晶性高分子与非结晶性高分子的
4两者的弹性系数比值范围则以1至6为佳。其中结晶性高分子所采用的烯烃聚合物可以是聚丙烯(polypropylene)或聚乙 烯(polyethylene)；尼龙可以是尼龙6 (Nylon6)或尼龙66 (Nylon66)；聚酯可以是聚对苯 二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)或聚对苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate)。其中非结晶性高分子所采用的环烯烃共聚物可以是乙烯与冰片烯共 聚物(ethylene-norbornene copolymer)、乙烯与二氢化-二环戊二烯共聚物 (ethylene-dihydro dieyelopentadiene copolymer)、乙烯与二环戊二烯共聚 物(ethylene-dicyclopentadiene copolymer)、或是乙烯与四环十二烯共聚物 (ethylene-tetracyclododecene copolymer)等；芳香族烯烃聚合物可以是聚苯乙烯 (polystyrene, PS)、乙烯与苯基冰片烯共聚物 ethylene-phenyl norbornene copolymer) ^_ 了二; - ^ΔΜ^Μ^ (Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Copolymers, ABS)；聚碳酸酯可以是线性型(linear)或支链型(branch)聚碳酸酯。此外，第一介电层11或第二介电层12的材质除了单聚物(homopolymer)的型 态之外，也可以是高分子共聚物(copolymer)，并且其中共聚物的型态可以是块体共聚 物(block copolymer，又称嵌段共聚物)、接枝共聚物(graft copolymer)、随机共聚物 (random copolymer)或者是交替共聚物(alternating copolymer)，其中又以使用块体共 聚物做为第一介电层11与第二介电层12的材质时为佳，因为块体共聚物在制作过程中会 产生相分离(Phase separation)的情况，所以，有助于第一介电层11与第二介电层12之 间的界面(interface)产生，或者是第一介电层11与第二介电层12层内的界面的产生，因 此以此所制成的复合式驻极体的驻电效果较佳。而根据实际情况以及采用的高分子种类不同，第一介电层11与第二介电层12的 材料组成可以有下列的搭配方式(1)第一介电层11的高分子是非结晶性高分子，且第二介电层12的高分子是结晶 性高分子。(2)第一介电层11的高分子是结晶性高分子，且第二介电层12的高分子是非结晶 性高分子。(3)第一介电层11的高分子是由非结晶性高分子以及结晶性高分子所组成的高 分子掺合体，且第二介电层12的高分子则是使用第一介电层11中的结晶性高分子或非结 晶性高分子。(4)第一介电层11的高分子是由非结晶性高分子以及结晶性高分子所组成的高 分子掺合体，且第二介电层12的高分子则是使用第一介电层11中的非结晶性高分子。(5)第一介电层11及第二介电层12的高分子均是由同样的非结晶性高分子以及 同样的结晶性高分子所组成的高分子掺合体，但是结晶性高分子在第一介电层11与第二 介电层12中的所占比例不同；亦即第一介电层11与第二介电层12，是使用相同的非结晶 性高分子与结晶性高分子，但是使用不同的材料比例，掺混制成。(6)第一介电层11的高分子为第一非结晶性高分子，且第二介电层12的高分子为 第二非结晶性高分子，亦即第一介电层11与第二介电层12是分别使用两种不同的非结晶 性高分子所制作而成。
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(7)第一介电层11的高分子为第一非结晶性高分子，且第二介电层12的高分子为 第二非结晶性高分子以及第二结晶性高分子所组成的高分子掺合体；亦即第一介电层11 是由一种非结晶性高分子所制作而成，而第二介电层12则是使用一种结晶性高分子以及 一种与第一介电层11中不同种类的非结晶性高分子掺混制成。(8)第一介电层11的高分子为第一非结晶性高分子以及第一结晶性高分子所组 成的高分子掺合体，且第二介电层12的高分子为第二非结晶性高分子；亦即第一介电层11 是使用一种非结晶性高分子与结晶性高分子掺混制成，而第二介电层12则是使用与第一 介电层11中不同种类的非结晶性高分子制作而成。(9)第一介电层11的高分子为第一非结晶性高分子以及第一结晶性高分子所组 成的高分子掺合体，且第二介电层12的高分子为第二结晶性高分子；亦即第一介电层11是 使用一种结晶性高分子与非结晶性高分子掺混制成，而第二介电层12则是使用与第一介 电层11中不同种类的结晶性高分子制作而成。(10)第一介电层11的高分子为第一结晶性高分子，且第二介电层12的高分子为 第二结晶性高分子；亦即第一介电层11与第二介电层12是分别使用两种不同的结晶性高 分子所制作而成。(11)第一介电层11的高分子为第一结晶性高分子，且第二介电层12的高分子为 第二结晶性高分子以及第二非结晶性高分子所组成的高分子掺合体；亦即第一介电层11 是使用一种结晶性高分子制作而成，而第二介电层12则是使用一种与第一介电层11中不 同种类的结晶性高分子与一种非结晶性高分子掺混制成。(12)第一介电层11的高分子为第一结晶性高分子以及第一非结晶性高分子所组 成的高分子掺合体，且第二介电层12的高分子为第二结晶性高分子以及第二非结晶性高 分子所组成的高分子掺合体；亦即第一介电层11是使用一种非结晶性高分子与一种结晶 性高分子掺混制成，而第二介电层12则是使用与第一介电层11中不同种类的非结晶性高 分子与不同种类的结晶性高分子掺混制成。此外，上述使用结晶性或非结晶性高分子做为第一介电层11或第二介电层12 的高分子的状态下，在第一介电层11或第二介电层12可以进一步掺混有机填充粒子 (organic filler)或无机填充粒子(inorganic filler)。而所使用的有机填充粒子则可 以是聚苯乙烯(polystyrene)或聚丙烯(polypropylene)；无机填充粒子则可以是二氧化 娃(silicon dioxide)、二氧化铁(titanium dioxide)或碳酸 丐(calcium carbonate)。]^ 同层中所掺混的填充粒子与高分子，两者之间的弹性系数比值范围则以50至600为佳。此外，为更进一步显示本发明的效果，以下利用相关实验例以及配合相关对照组 加以说明。实验例一、样本制作(一 )复合式驻极体膜片样本制作首先，将聚碳酸酯以及聚甲基丙烯酸甲酯两种高分子，个别投入两台押出机进 行押出。两台押出机后面共同接有一个分流器(Feed Block)，此分流器最后接一个模头 (Die)。当聚碳酸酯以及聚甲基丙烯酸甲酯经过押出后转变成熔融流体(Melt Flow)，两种 流体在一个分流器或模头中结合，形成相互交错堆栈的多层结构，且各层的厚度均相等，最单层结构膜片 对照样本
表面电
复合式驻极体 位(kV) 腹片样本维持率
(1) (%)
起始值第1天 第2天 第3天 第4天 第10天
-1.45 -0.14 -0.08 -0.08 -0.08 -0.04
100% 9.66% 5.520% 5.52% 5.52% 2.76%
-0.76 O0000
0% 0% 0% 0% 0% 0%如同表一所示，复合式驻极体膜片样本在施加-3千伏特的直流电压后(起始值) 所测得的表面电位为-1. 45千伏特，而同样地在施加-3千伏特的直流电压后测量单层结构 膜片对照样本的表面电位为-0. 76千伏特。由此可见，根据本发明所制作而得的复合式驻 极体膜片样本相较于作为对照组的单层结构膜片对照样本，在驻电能力上，复合式驻极体 膜片样本有较佳的效果。此外，请同时参照表一及图4，作为对照组的单层结构膜片对照样本，在第二天后
后此多层结构流体从模头挤出，经过冷却定型，藉此以制得具有多层相互交错堆栈结构的 复合式驻极体膜片样本。制作完成后，裁剪出6毫米(mm) X6毫米(mm)大小的复合式驻极 体膜片样本，并且在膜片样本背面形成电极，且尽量整平复合式驻极体膜片样本。( 二)单层结构膜片对照样本制作将聚碳酸酯以及聚甲基丙烯酸甲酯两种高分子，以重量比1 1的比例将两种分 子材料放入同一个双轴押出机，在摄氏240度下进行预混，以增加混合均勻性。之后将预混 后得出的原料投入薄膜押出机，同样地在摄氏240度下进行押出，并将押出的膜片厚度控 制在与前述的复合式驻极体膜片样本厚度相同。制作完成后，裁剪出6毫米X6毫米大小 的单层结构膜片对照样本，并且在膜片样本背面形成电极，且尽量整平结构膜片样本。二、驻电效果测试将依照上述方法所制得的复合式驻极体膜片样本以及单层结构膜片对照样本，置 于放电针下方1毫米处，并将放电针对准膜片样本的中心点，对膜片样本施加-3千伏特 (kV)的的直流电压，连续施加60秒后停止。将施加电压后的膜片样本放入经过设计后的治具内，并控制环境温度维持在 摄氏对 沈度的范围，相对湿度在35 50%的范围下。每隔对士1小时使用电位 计(Volt-meter)测量此膜片所带有的表面电位(Surface Potential)，并记录起始值、 以及在第1、2、3、4、10天的表面电位，以及相对应时间点的表面电位维持率(Percent Retention)。维持率的计算如公式一所示维持率=(表面电位/初始表面电位)*100%(公式一)三、测试结果复合式驻极体膜片样本以及单层结构膜片对照样本经上述驻电效果测试方法，于 起始值、以及在第1、2、3、4、10天所测得的静电值表面电位，以及相对应时间点的维持率如 下表一与图4所示表一膜片样本不同时间的表面电位及表面电位维持率
电⑴率 面(k持%) 表位维(0其表面电位维持率即为0% ；但是复合式驻极体膜片样本直到第10天时，其表面电位维 持率仍未完全衰减至零(表面电位维持率，第1天为9. 66%、第2天为5. 52%、第3天为 5. 52%、第4天为5. 52%、第10天为2. 76，亦即表面电位可以维持很多天还不会归零 (表面电位，第1天为-0. 14千伏特、第2天为-0. 08千伏特、第3天为-0. 08千伏特、第4 天为-0. 08千伏特、第10天为-0. 04千伏特)。因此，根据本发明所制作而得的复合式驻极 体膜片样本相较于作为对照组的单层结构膜片对照样本，在驻电能力上，复合式驻极体膜 片样本有较佳的效果。综上所述，具有多层且相互交错堆栈结构的复合式驻极体膜片样本，相较于一般 的单层结构膜片对照样本，具有较佳的电场效应与电容效率，因此在储电能力以及驻电能 力的表现上，均有较佳的效果。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上 的描述，对于相关本领域普通技术人员应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的 精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求中。
权利要求
1.一种复合式驻极体，包含有至少一第一介电层以及至少一第二介电层，其中该第一 介电层与该第二介电层为相互交错堆栈，该第一介电层具有至少一高分子，该第二介电层 具有至少一高分子，且该第一介电层的高分子与该第二介电层的高分子不相同。
2.根据权利要求1所述的复合式驻极体，其中该第一介电层的高分子与该第二介电层 的高分子不相容。
3.根据权利要求1所述的复合式驻极体，其中该第一介电层与该第二介电层的材质选 自由一结晶性高分子及一非结晶性高分子所组成的群组。
4.根据权利要求3所述的复合式驻极体，其中该结晶性高分子选自由烯烃聚合物 (Polyolefin)、尼龙(Nylon)、以及聚酯(Polyester)所组成的群组。
5.根据权利要求3所述的复合式驻极体，其中该非结晶性高分子选自由环烯烃共聚物 (cyclic olefin copolymer)、月旨环族烯烃聚合物(cycloalkyl olefin copolymer)、芳香族 烯烃聚合物(aromatic olefin copolymer)、聚碳酸酯(polycarbonate)，以及聚甲基丙烯 酸甲酯(poly methyl methacrylate, PMMA)所组成的群组。
6.根据权利要求3所述的复合式驻极体，其中该第一介电层或该第二介电层进一步掺 混一有机填充粒子或一无机填充粒子。
7.根据权利要求1所述的复合式驻极体，该第一介电层的材质或该第二介电层的材质 为一高分子共聚物。
8.根据权利要求1所述的复合式驻极体，进一步具有一孔隙结构。
9.根据权利要求1所述的复合式驻极体，其中该第一介电层的高分子与第二介电层的 高分子的弹性系数比值是自1至6。
10.根据权利要求3所述的复合式驻极体，其中该结晶性高分子与该非结晶性高分子 的弹性系数比值是自1至6。
11.根据权利要求6所述的复合式驻极体，其中该有机填充粒子或无机填充粒子与该 结晶性高分子或该非结晶高分子的弹性系数比值是自50至600。
全文摘要
本发明公开了一种复合式驻极体，包含有至少一个第一介电层以及至少一个第二介电层，其中第一介电层与第二介电层为相互交错堆栈，第一介电层具有高分子，第二介电层具有高分子，且第一介电层的高分子与第二介电层的高分子不相同。
文档编号H01G7/02GK102074353SQ201010525869
公开日2011年5月25日 申请日期2010年10月21日 优先权日2009年10月22日
发明者吴建宗, 施希弦, 陈柏村, 高哲一 申请人:奇菱科技股份有限公司